张克坤，陈可钦，李婉平，乔浩蓉，张俊霞，刘凤之，房玉林，王海波
灌水量对限根栽培‘阳光玫瑰’葡萄果实发育与香气物质积累的影响
张克坤2，陈可钦2，李婉平2，乔浩蓉2，张俊霞2，刘凤之1，房玉林2，王海波1
1中国农业科学院果树研究所/农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁兴城 125100；
2西北农林科技大学葡萄酒学院/合阳葡萄试验示范站，陕西杨凌 712100
【】通过分析不同灌水量处理对葡萄果实品质指标、香气组分积累、香气物质合成相关基因表达影响的差异，确定灌水模式与鲜食葡萄感官品质形成间的关系，为限根栽培葡萄最佳灌水量的确定提供参考。【】以鲜食葡萄‘阳光玫瑰’为试材，设置对照组CK、轻度水分亏缺组（DI-1）、重度水分亏缺组（DI-2），系统比较不同灌水量对葡萄果实外观形态指标、色泽指标、香气组分、萜烯合成相关基因表达水平等的影响。【】灌水量影响葡萄果粒的形态与质地特征，采收期时葡萄果粒的纵径并未受到灌水量的显著影响，而亏缺灌溉组果粒的横径、单粒重显著降低（＜0.05）。葡萄果肉的硬度也受到亏缺灌溉的影响而下降，特别是DI-2组，葡萄果肉硬度明显低于其他处理组。亏缺灌溉组DI-1、DI-2的葡萄果实中葡萄糖含量显著高于对照处理，重度亏缺组DI-2果糖含量显著高于其他处理，而轻度的亏缺灌溉（DI-1）并未对葡萄果实的可溶性固形物、可滴定酸含量产生显著影响。亏缺灌溉处理下葡萄果皮中叶绿素、类胡萝卜素含量均出现降低，DI-2组果皮中叶绿素与类胡萝卜素含量的比值最低。灌水量影响到葡萄果实中香气组分的积累，对于萜烯类物质，轻度亏缺灌溉DI-1处理的果实中柠檬烯、水芹烯、-蒎烯、-松油烯、（）--罗勒烯、萜品油烯、()-呋喃氧化芳樟醇、芳樟醇、二氢芳樟醇、-萜品醇、香茅醇、橙花醇、香叶醇等组分的含量最高，DI-1处理的果实中萜烯类物质总量也最高，DI-2组中萜烯类物质含量次之，而对照组最低。由酯类物质总量来看，DI-1组中酯类物质含量最高，对照组次之，而DI-2组含量最低；
由醛类物质总量来看，轻度亏缺灌溉组DI-1中醛类物质明显低于照组与DI-2组；
由高级醇类物质总量来看，DI-1组含量最高，DI-2组含量次之，对照组含量最低。不同灌水量条件下萜烯合成相关基因的响应程度与表达趋势存在差异，等基因均能响应水分亏缺而上调。【】综合果实中香气组分的积累量与感官品质，轻度水分亏缺（60%—70%田间最大持水量）更能促进‘阳光玫瑰’葡萄果实香气品质的形成，有助于提高果实的商品价值。
葡萄；
灌水量；
香气；
基因表达
【研究意义】香味性状是评价葡萄果实品质优劣的重要指标之一，葡萄香气物质的积累可受栽培技术的影响，分析不同灌水量对葡萄果实品质发育与香气物质积累的影响，可为制定科学的葡萄灌水方案，开发品质提升配套节水灌溉措施提供理论依据。【前人研究进展】葡萄果实中的香气物质主要包括萜烯类、C13-降异戊二烯衍生物、C6醛和醇类、甲氧基吡嗪、挥发性硫化物等组分[1-3]，其中萜烯类组分特别是单萜化合物大多可赋予果实花香与果香[4]。葡萄香气物质积累受到栽培措施影响，不同栽培架势[5]、砧木品种[6]、套袋[7]、激素应用[8]等均会改变葡萄果实香气组分与含量。水分是影响葡萄产量与品质形成的重要生态因子，前人研究表明，适度干旱处理有助于增加果实香味[9]。Song等[10]发现，干旱处理有助于增加‘美乐’葡萄果实中萜烯类组分的含量，降低C6组分的含量。Savoi等[11]发现，水分亏缺能够改变白色葡萄品种‘Tocai Friulano’果实中萜烯类物质合成基因的表达模式，促进萜烯类物质的积累。与不灌溉处理相比，灌溉降低了‘哥德罗’葡萄中反式芳樟醇氧化物（吡喃）、香茅醇等的含量[12]。对‘维奥涅尔’葡萄果实发育前期进行适度干旱处理有助于萜烯类物质的合成[13]。【本研究切入点】以往有关灌水量对葡萄香气物质积累影响的研究主要以露地栽培模式的酿酒葡萄品种为主，而有关灌水量对其他栽培模式下鲜食葡萄香气类物质积累影响的研究则较少；
限根栽培是目前葡萄栽培生产中常见的一种栽培模式，灌水量对限根栽培葡萄果实中香气组分合成代谢路径的调控机制有待深入研究。【拟解决的关键问题】在限根栽培模式下，通过对比、分析不同灌水量处理对葡萄果实品质指标、香气组分积累、香气物质合成相关基因表达影响的差异，确定灌水量与鲜食葡萄感官品质形成间的关系，为葡萄最佳灌水量的确定提供参考。
1.1 试验时间与地点
本试验采样时间为2021年。葡萄园为单栋塑料拱棚，拱高3.8 m，跨度8.0 m，长度60 m，葡萄采用限根栽培模式，限根池长1.8 m、宽1.8 m、高0.5 m、深0.5 m。葡萄品种为4年生自根‘阳光玫瑰’，水平棚架，“H”型整形方式，单臂长2.0 m，新梢间距0.2 m，每个新梢保留一个果穗，每棵树控制产量为60穗。限根池内的土壤为壤土，pH 6.72，容重为1.39 g∙cm-3，田间最大持水量为24.12%。限根池内覆盖黑地膜，膜下滴灌，其他管理同常规。
1.2 试验设计
按照灌水量差异设置3个处理：分别为常规灌溉CK、亏缺灌溉DI-1、亏缺灌溉DI-2。参照房玉林等[14]、庞国成等[15]方法并做调整，常规灌溉CK组土壤持水量设置为田间最大持水量的70%—80%，轻度亏缺灌溉DI-1设置为60%—70%，重度亏缺灌溉DI-2为50%—60%。灌水试验从葡萄生理软化期开始，到果实采收期结束，共持续30 d，分别在处理后15和30 d采样测定相关指标。通过探头每2 d检测一次土壤相对含水量的变化，当含水量低于每个处理的最低阈值时进行灌水，达到各处理的最高阈值时灌水停止，每个处理设置3个重复。
1.3 测定指标及方法
1.3.1 生理指标测定 纵横径使用游标卡尺测定，单粒重使用万分之一精准天平称量，可溶性固形物采用手持式PAL-1型折光仪测定；
可滴定酸采用0.1 mol∙L-1NaOH进行测定，含量以酒石酸表示；
果肉硬度通过英国Stable Micro System公司生产的单臂质构仪进行测定。
1.3.2 叶绿素及总类胡萝卜素 称取0.5 g经液氮研磨过的果皮，加入预冷的丙酮6 mL，避光浸提24 h后，8 000 r/min离心20 min，提取上清液后分别测定663、645和470 nm下的吸光值。
1.3.3 糖组分测定 参照笔者团队前期的研究方法[16]，采用高效液相色谱HPLC（Agilent，USA）检测可溶性糖组分与含量。采用Agilent Zorbax Carbohydrate色谱柱分离糖组分，检测器为G1362A示差折光仪检测器（RID，Agilent，USA），流动相（75%乙腈﹕25%水，v/v）的流速设置为1 mL·min-1，柱温35℃，进样量10 μL。葡萄糖、果糖、蔗糖标准品购自上海碧云天生物技术有限公司。
1.3.4 香气组分提取与含量测定 采用顶空固相微萃取方法提取香气组分，称取50 g葡萄果实，加入2 g聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）、0.5 g D-葡萄糖酸内酯，于液氮中研磨成粉末。将混合物于4℃低温环境下浸渍4 h制备成葡萄匀浆，随后将其转入50 mL离心管中进行离心，转速为8 000 r/min，时间为10 min。取2 mL上清果汁、1 g NaCl和10 µL内标4-甲基-2-戊醇（1.0083 g∙L-1，Sigma-Aldrich）置于10 mL进样瓶，再将进样瓶放入全自动进样器中。样品经40℃全自动振荡加热30 min后，再顶空萃取30 min，随后萃取头插入GC进样器中解析8 min。
参照笔者团队前期研究方法[17]，配备有Agilent 5977B质谱联用仪、7683自动进样器（Agilent, Santa Clara, CA）和HP-INNOWAX色谱柱（60 m×0.25 mm×0.25 µm，Agilent J & W, Santa Clara, CA）的安捷伦GC 7890型仪器用于香气组分分析。进样口温度为250℃，载气流速（氦气，＞99.999%）为1 mL·min-1。柱温在50℃下保持1 min，以3℃·min-1的速度升至220℃，并保持5 min。MS界面和离子源温度分别为280℃和230℃。在m/z 20–350的扫描范围内记录70 eV的电子撞击光谱。每个样品分析3个技术重复。
参照基于偶数正构烷烃（C7–C24）（Supelco, Bellefonte, PA, USA）的保留指数、标准品的质谱以及NIST 11标准谱库对挥发性化合物进行定性分析。对于有标准品的化合物，利用其标准曲线进行定量，对于无标准品的化合物，利用化学结构相似、碳原子数相近、官能团相似的标准品半定量，结果以μg·L-1表示。
1.3.5 香气合成相关基因表达的测定 采用CTAB法提取葡萄果实RNA，采用Takara反转录试剂盒反转录成cDNA，实时荧光定量PCR引物使用Prmier 6.0设计，引物序列见表1[18]。所有引物均采用PCR扩增、电泳条带分析和溶解曲线测试以保证引物特异性。使用CFX96实时荧光定量PCR系统进行定量表达分析，反应体系按照SYBR Green PCR Master Mix试剂盒说明书进行。以为内参基因，采用2-ΔΔCT公式计算相对表达量。
1.3.6 感官品评 参照笔者团队前期的方法[17]，由品评小组成员根据以下描述通过10分评分系统对葡萄香气品质与果实综合品质进行评分，A：外观（高分偏黄、低分偏绿）；
B：香气浓郁度；
C：果肉坚实度；
D：甜度；
E：果肉咀嚼性；
F：综合评价。在评分过程中对照组果实的各性状均设定为5分。
表1 实时荧光定量PCR引物序列
1.4 数据分析方法
使用SPSS 22进行数据统计分析，使用Excel 2020进行图表绘制，采用邓肯多重比较进行单因素方差分析，图表中不同的字母代表差异显著（＜0.05）。
2.1 不同灌水量对葡萄果实形态指标的影响
随着葡萄果实在生理软化期后的发育，果粒的纵径与横径出现明显增长，但不同灌水量处理条件下葡萄果实的纵径与横径变化趋势出现差异（图1-A、B）。果粒纵径并未受到灌水量的显著影响，而果粒的横径出现显著差异，在处理后30 d，对照组CK的横径显著大于亏缺灌溉DI-1组和DI-2组。由图1-C可知，葡萄的单粒重也受到了灌水量的显著影响，处理后15 d，亏缺灌溉组DI-2的质量显著低于其他处理（＜0.05）；
处理后30 d，不同处理间的差距明显增加，对照组的质量最高，而DI-2组的质量最低，DI-1组介于两者之间。表明灌水量、灌水持续时间均可对果粒质量的增加产生显著影响。由图1-D可知，葡萄果肉的硬度也受到灌水量的影响，亏缺灌溉条件下葡萄果肉的硬度降低，DI-2组果肉硬度显著低于其他处理，表明重度亏缺灌溉条件下，果肉的质地明显变得松软。综上，亏缺灌溉处理降低果粒粒径、质量与硬度。
2.2 不同灌水量对葡萄果实糖、酸含量的影响
葡萄果实中可溶性固形物（TSS）与可滴定酸（TA）的含量受灌水量的影响。由图2-A可知，随着果实发育，生理软化期后15 d、30 d，果实内TSS含量出现明显升高。亏缺灌溉处理DI-2葡萄果实TSS含量显著高于对照组，而DI-1组介于对照组与DI-2组之间，与两者均无显著差别。由图2-B可知，生理软化期后，‘阳光玫瑰’葡萄果实中TA含量逐渐降低，对比各处理组，DI-2组TA含量显著低于对照，而DI-1组仍介于对照组与DI-2组之间，表明轻度的亏缺灌溉处理（DI-1组）并未对葡萄果实的可溶性固形物、可滴定酸含量产生显著影响。
不同小写字母表示不同处理组在P＜0.05水平差异显著。下同
图2 灌水量对葡萄果实中可溶性固形物和可滴定酸含量的影响
葡萄果实中果糖含量较高，生理软化期后出现明显增加，而蔗糖含量相对较低，软化期后变化量较小。由图3-A可知，灌水量影响葡萄糖的积累，亏缺灌溉组葡萄果实中葡萄糖含量显著高于对照处理。采收时，DI-2组的糖含量最高。由图3-B可知，葡萄果实果糖含量处理后15 d呈现显著差异，在果实采收时，重度亏缺组DI-2果糖含量显著高于其他处理，而DI-1组与对照无显著差异。
2.3 不同灌水量对葡萄果皮叶绿素与类胡萝卜含量的影响
‘阳光玫瑰’葡萄果实呈黄绿色，葡萄果皮的色泽主要受叶绿素与类胡萝卜素含量的影响。果皮中叶绿素与类胡萝卜素含量受到灌水量影响。由图4-A、4-B可知，随着果实的发育成熟，果皮中叶绿素a、叶绿素b含量降低。在处理后15 d，亏缺灌溉DI-1、DI-2组的含量显著低于对照CK组；
处理后30 d，亏缺灌溉DI-2组的含量最低，CK组最高，表明亏缺灌溉可促进叶绿素降解。由图4-C可知，类胡萝卜素的含量随着果实发育也呈降低趋势，亏缺灌溉影响类胡萝卜素的降解速度，重度亏缺灌溉DI-2组中类胡萝卜素含量最低。图4-D为果皮中叶绿素含量与类胡萝卜素含量的比值，在果实采收期，对照组的比值最高，而DI-2组最低，表明亏缺灌溉处理组的果实更偏黄色。
图3 灌水量对葡萄果实中糖组分含量的影响
图4 灌水量对葡萄果实中叶绿素与类胡萝卜素含量的影响
2.4 不同灌水量对葡萄果实中游离态香气组分积累的影响
本研究共检测到45种游离态香气组分，包括17种萜烯类、3种酯类组分、12种醛类、6种高级醇类、4种酮类、3种其他类组分。由表2可知，灌水量处理影响葡萄果实中香气组分积累。
不同灌水量处理下，‘阳光玫瑰’果实中酯类组分含量呈现显著差异，乙酸乙酯、水杨酸甲酯含量呈现显著差异。轻度亏缺灌溉组DI-1中乙酸乙酯含量显著高于其他处理，而DI-2组含量最低；
水杨酸甲酯在DI-1组中的积累量也最大。由酯类物质总量来看，DI-1组中酯类物质含量最高，DI-2组含量最低。醛类物质组分不同，对灌水量变化的反应也不同，由表2可知，正己醛、庚醛、2-己烯醛、()-2-己烯醛、辛醛、()-2-庚烯醛、壬醛、2-甲基苯甲醛、2,4-二甲基苯甲醛的含量在不同处理组间呈现显著差异。正己醛在轻度亏缺灌溉DI-1组的积累量最高，对照组含量最低。庚醛在亏缺灌溉组含量显著高于其他处理，2-己烯醛在DI-1组含量最高，在DI-2组中含量最低。()-2-己烯醛的含量在对照组最高，在DI-1组含量最低。对照组辛醛含量显著高于其他处理，DI-1组()-2-庚烯醛的含量最低。壬醛在对照组积累量最高，在DI-1组含量最低。2-甲基苯甲醛含量在DI-1组最高，DI-2组与对照组无显著差异。2,4-二甲基苯甲醛在对照组含量最高，在DI-1组含量最低。由醛类物质总量来看，轻度亏缺灌溉组DI-1中醛类组分最低，对照组与DI-2组含量无显著差异。以上结果表明，轻度亏缺灌溉有助于酯类物质积累，不利于醛类物质积累；
重度亏缺灌溉不利于酯类物质积累。
由表2可知，不同灌水量处理下‘阳光玫瑰’葡萄果实中萜烯组分含量呈现显著变化。柠檬烯在轻度亏缺灌溉DI-1组含量最高，在对照组中的含量最低。水芹烯、-蒎烯在DI-1组含量最高，DI-2组与对照组间含量无明显差异。-松油烯在DI-1组含量最高，在对照组中的含量最低。()--罗勒烯在DI-1组与DI-2组的含量显著高于对照组。萜品油烯在DI-1组的含量最高，对照组含量最低。芳樟醇、()-呋喃氧化芳樟醇、二氢芳樟醇的含量呈现相似的差异，轻度亏缺灌溉组DI-1中含量最高，对照组含量最低。-萜品醇在DI-1中含量最高，在对照组与DI-2无明显差异。()-吡喃氧化芳樟醇在DI-1组含量最低，在对照组与DI-2组含量无明显差异。各处理中，香茅醇与橙花醇的变化趋势相似，在DI-1组含量最高，在对照组与DI-2组无明显差异。香叶醇在DI-1组含量最高，在对照组最低。橙花醚在DI-2组的含量显著高于其他处理；
p-伞花烃在DI-1组含量最高，在CK组含量最低。由萜烯组分的总量来看，亏缺灌溉DI-1组含量最高，对照组含量最低。以上结果表明，亏缺灌溉处理有利于萜烯组分积累，其中，轻度亏缺灌溉处理效果最显著，萜烯组分含量增长幅度最大。
由表2可知，高级醇类、酮类、其他组分在不同灌溉处理组间也呈现差异。正己醇、()-2-已烯-1-醇变化趋势相似，亏缺灌溉组DI-1中含量最高，DI-2组中含量最低。()-3-己烯-1-醇、苯甲醇含量变化趋势相似，在DI-1组含量最高，对照组含量最低。1-己烯-3-醇在亏缺灌溉DI-2组含量最高，DI-1组含量最低。由高级醇类物质总量来看，DI-1组含量最高，对照组最低。6-甲基-5-庚烯-2-酮、大马士酮、香叶基丙酮的含量在不同灌水量处理下差异显著。6-甲基-5-庚烯-2-酮在对照组与DI-2组中含量无显著差异，DI-1组最低；
大马士酮在DI-1组含量最高，而在DI-2组含量最低；
香叶基丙酮在DI-1组含量最高。由酮类物质总量来看，DI-1组含量最高，而DI-2组含量最低。各处理组对比来看，乙酸、2,4-二叔丁基苯酚的含量呈现显著差异。乙酸在DI-1组含量最高，CK组最低；
2,4-二叔丁基苯酚在DI-2组含量最高，在对照组含量最低；
由其他类物质的总量来看，DI-1组含量最高，而对照组含量最低。
综上，亏缺灌溉处理下，各类组分含量受到显著影响，果实的香气组分构成出现变化。轻度亏缺灌溉处理有助于萜烯组分、酯类物质、高级醇类、酮类以及其他类组分的积累，不利于醛类物质积累；
重度亏缺灌溉处理不利于酯类、酮类物质积累。
2.5 不同灌水量对葡萄果实中萜烯类物质合成相关基因表达的影响
‘阳光玫瑰’葡萄属于玫瑰香型葡萄果实，其香味与果实中萜烯类物质的积累密切相关。由香气组分变化来看，萜烯类组分含量受到灌水量影响发生显著变化，因此，本研究分析萜烯类物质合成相关基因表达对灌水量差异的响应。图5表示萜烯合成通路上游结构基因5-磷酸脱氧木酮糖合酶基因（和）、5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶基因（）、1-羟基-2-甲基-2-丁烯基4-二磷酸还原酶基因（）和香叶基焦磷酸合酶基因（）表达水平的变化。各基因的响应存在差异，调亏灌溉处理后的表达水平显著上调，在采收期时DI-1处理的表达水平最高，而CK组表达水平最低。的表达水平与有所差异，果实软化期后，DI-2组表达水平显著高于其他处理。处理后15 d，亏缺灌溉组表达水平显著下调，采收期DI-1组表达水平最高。处理后15 d，亏缺灌溉处理下表达水平显著上调，与重度亏缺组对比来看，轻度亏缺组的表达水平最高。与其他基因的表达变化不同，在处理后15 d，DI-2组表达水平呈现下调。
表2 不同灌水处理下‘阳光玫瑰’果实中香气组分的差异
续表2 Continued table 2
不同小写字母表示不同处理组在＜0.05水平差异显著。下同Different lowercase letters indicate significant differences at＜0.05 level. The same as below
图5 灌水量对葡萄果实中萜烯组分合成相关基因表达的影响
部分萜烯合成酶基因表达的变化，分别与芳樟醇（）、罗勒烯（和）和香叶醇（）的合成相关。在处理后15 d、30 d，芳樟醇合成相关的均响应亏缺灌溉而显著上调，轻度亏缺灌溉DI-1组表达水平最高，DI-2组表达水平次之。罗勒烯合成相关基因（和）表达水平在响应亏缺灌溉过程中存在差异，处理后15 d，表达水平显著高于对照组；
处理后30 d，DI-2组表达水平最高，表达水平最低。处理后15 d、30 d，香叶醇合成相关基因均能够响应水分亏缺而显著上调，DI-1组表达水平最高，DI-2组次之（图6）。
图6 灌水量对葡萄果实中萜烯合成酶基因表达的影响
综上，萜烯合成相关基因表达受到灌水量影响，不同灌水量条件下各基因响应程度与变化趋势存在差异。在亏缺灌溉处理后的表达水平上调，可能引起了萜烯组分积累。
2.6 不同灌水量对葡萄果实感官特性得分的影响
由图7可知，不同处理下葡萄果实的感官特性得分存在差异。与其他处理相比，重度亏缺灌溉组DI-2处理的外观色泽更偏黄色，果肉的坚实度得分最低，果肉咀嚼性得分最低。轻度亏缺组DI-1香气浓郁度得分最高，果实的综合评价得分也最高，果肉坚实度与果肉咀嚼性的得分与对照组CK较接近，这表明轻度的亏缺灌溉有助于提升果实香气浓郁度，提高果实的感官品质。
3.1 灌水量影响葡萄果实发育与品质形成
水分是影响葡萄果实发育与品质形成的重要生态因子，通过调节葡萄生长发育过程中的水分供应，能够提高水分利用效率，改善葡萄果实品质。庞国成等[15]研究发现，不同发育期不同灌水量处理对葡萄果实品质指标的影响存在显著差异，转色期后60%—70%灌水方案最有利果实品质的形成。与其研究结果相似，本研究中轻度亏缺灌溉条件下果实香气、甜度、可咀嚼性等均较好，果实综合评价得分最高，果实生理软化期（转色期）轻度亏缺灌溉最有利品质形成。陈祖民等[19]发现水分胁迫不利于‘玫瑰香’葡萄果实粒重增加；
赵阳等[20]对‘弗雷无核’葡萄进行不同灌水方案的比较发现，灌水量减少条件下葡萄果实纵横径、单粒重呈减少趋势，可溶性固形物含量增加。本研究与前人研究结果相似，亏缺灌溉处理下‘阳光玫瑰’果实横径、粒重以及果肉硬度降低，可溶性固形物含量增加，重度亏缺灌溉DI-2组的形态指标明显降低。与赵阳等[20]发现的灌水量减少时果实中糖含量降低结果不同，本研究中亏缺灌水处理中果实糖组分含量显著升高，该差异可能是由试验品种、灌水标准、栽培模式等方面的不同而引起。适度干旱处理与调亏灌溉能够促进葡萄果实中花色苷的合成，全发育期与转色期以前的水分亏缺处理有利于提高‘赤霞珠’葡萄果皮花色苷浓度，转色期以后水分亏缺处理明显提高黄烷-3-醇聚合物浓度[21]，而有关叶绿素、类胡萝卜素在不同灌水量下变化趋势的研究则较少。本研究中，亏缺灌溉处理下葡萄果实中叶绿素与类胡萝卜含量、叶绿素与类胡萝卜的含量比值均出现降低，表明亏缺灌溉处理加速了叶绿素与类胡萝卜素的降解，果实更偏黄色。
图7 不同灌水量处理下葡萄果实感官特性得分
3.2 灌水量影响香气物质的合成代谢
‘阳光玫瑰’葡萄属于玫瑰香型葡萄果实，葡萄花果香主要来源于萜烯组分[22]。葡萄萜烯类化合物的合成前体为异戊烯焦磷酸（IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP），这两种物质主要由甲羟戊酸途径（MVA）和甲基赤藓糖醇途径（MEP）合成。MVA途径发生于细胞质中，乙酰辅酶A经多种酶催化最终生成IPP。两分子IPP和一分子DMAPP在法尼基焦磷酸合成酶（FPPS）的作用下生成法尼基焦磷酸（FPP），FPP在萜烯类物质合成酶（TPS）的催化下合成倍半萜。MEP途径发生于质体中，丙酮酸（Pyruvic acid）和3-磷酸甘油醛（G3P）为该过程的起始底物。这两种底物经多种酶催化最终生成IPP与DMAPP。在质体中，一分子IPP与一分子DMAPP在香叶基焦磷酸合成酶（GPPS）的催化下合成香叶基焦磷酸（GPP），GPP在TPS的催化下合成单萜。同时，三分子IPP与一分子DMAPP在香叶基香叶基焦磷酸合成酶（GGPPS）的作用下生成香叶基香叶基焦磷酸（GGPP），GGPP是合成二萜的底物。本研究中，对‘阳光玫瑰’葡萄亏缺灌溉处理后，葡萄果实中芳樟醇、香叶醇等萜烯类组分的含量显著升高，而()-2-己烯醛等C6化合物的含量显著降低，这与前人研究结果[10]相似，表明适度的亏缺灌溉处理同样有助于鲜食葡萄‘阳光玫瑰’葡萄果实中玫瑰香的呈现。
葡萄果实中单萜前体物的积累与萜类途径上游合成基因的转录水平升高有关，的转录水平在单萜前体物积累之前和期间被显著上调，而单萜合成酶基因的转录水平在转色后期才显著升高[23]。Battilana等[24-25]将与单萜浓度密切相关的定位于5号连锁群上，并发现了其氨基酸序列的多态性与单萜浓度间的关系。王慧玲等[26]在两个不同的生长发育期共检测到37个与单萜合成基因表达性状连锁的eQTL，主要定位于6号、10号、12号和14号染色体。Wen等[27]通过转录组数据结合代谢产物的含量测定发现，不同地域间自由态萜烯类物质的含量差异与的表达水平密切相关。萜烯合成酶（TPS）是葡萄果实萜烯类物质合成途径的关键酶，与单萜、二萜、倍半萜等萜烯类物质的合成密切相关。萜烯合成酶家族成员众多，Martin等[28]预测出了69条具有假定功能的TPS基因，其中30条属于亚族（通常包含倍半萜与二萜合成酶），19条属于亚族（通常包含被子植物单萜合成酶），17条属于亚族（通常包含花香型无环单萜合成酶），2条属于亚族与1条属于亚族（后两个家族通常包含参与激素代谢的TPS基因）。同时，Smit等[29]研究发现，的表达模式与存在形式决定了不同葡萄品种花序中特异性倍半萜类物质的产生。前人研究[11,30]发现，水分亏缺可上调葡萄果实萜烯合成相关基因的表达水平，并促进萜烯组分的积累。本研究发现，轻度水分亏缺与重度水分亏缺均可不同程度的促进等萜烯合成上游结构基因，以及等表达水平的上调。水分亏缺信号可能通过激活这些基因的表达促进了萜烯类物质的积累。
灌水量可影响‘阳光玫瑰’葡萄果实的品质发育与香气物质的积累。亏缺灌溉处理条件下，葡萄果实的粒重、硬度有所降低，果实更偏黄色，糖组分、萜烯类香气组分的含量显著升高。由果实的香气品质与综合表现来看，轻度水分亏缺（60%—70%田间最大持水量）更能促进‘阳光玫瑰’葡萄果实香气品质的形成，有助于提高果实的商品价值。
[1] 张明霞, 吴玉文, 段长青. 葡萄与葡萄酒香气物质研究进展. 中国农业科学, 2008, 41(7): 2098-2104.
ZHANG M X, WU Y W, DUAN C Q. Progress in study of aromatic compounds in grape and wine. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(7): 2098-2104. (in Chinese)
[2] ROBINSON A L, BOSS P K, SOLOMON P S, TRENGOVE R D, HEYMANN H, EBELER S E. Origins of grape and wine aroma. Part 1. Chemical components and viticultural impacts. American Journal of Enology and Viticulture, 2014, 65(1): 1-24.
[3] 张克坤, 王海波, 王孝娣, 史祥宾, 王宝亮, 郑晓翠, 刘凤之. ‘瑞都香玉’ 葡萄果实挥发性成分在果实发育过程中的变化. 中国农业科学, 2015, 48(19): 3965-3978.
ZHANG K K, WANG H B, WANG X D, SHI X B, WANG B L, ZHENG X C, LIU F Z. Evolution of volatile compounds during the berry development of ‘Ruidu Xiangyu’ grape. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(19): 3965-3978. (in Chinese)
[4] LUND S T, BOHLMANN J. The molecular basis for wine grape quality: A volatile subject. Science, 2006, 311(5762): 804-805. doi: 10.1126/science.1118962.
[5] 王晓玥, 张国军, 孙磊, 赵印, 闫爱玲, 王慧玲, 任建成, 徐海英. 2种架式对3个鲜食葡萄品种栽培性状及果实品质的影响. 中国农业科学, 2019, 52(7): 1150-1163.
WANG X Y, ZHANG G J, SUN L, ZHAO Y, YAN A L, WANG H L, REN J C, XU H Y. Effects of two trellis systems on viticultural characteristics and fruit quality of three table grape cultivars, Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(7): 1150-1163. (in Chinese)
[6] 孙磊, 王晓玥, 王慧玲, 闫爱玲, 张国军, 任建成, 徐海英. 不同砧木对鲜食葡萄生长和香气品质的影响. 中国农业科学, 2021, 54(20): 4405-4420.
SUN L, WANG X Y, WANG H L, YAN A L, ZHANG G J, REN J C, XU H Y. The influence of rootstocks on the growth and aromatic quality of two table grape varieties. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(20): 4405-4420. (in Chinese)
[7] HE L, XU X Q, WANG Y, VANDERWEIDE J, SUN R Z, CHENG G, CHEN W, LI S D, LI S P, DUAN C Q, WANG J, PAN Q H. Differential influence of timing and duration of bunch bagging on volatile organic compounds in Cabernet Sauvignon berries (L.). Australian Journal of Grape and Wine Research, 2022, 28: 75-85.
[8] YUE X F, SHI P B, TANG Y L, ZHANG H X, MA X, JU Y L, ZHANG Z W. Effects of methyl jasmonate on the monoterpenes of Muscat Hamburg grapes and wine. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2021, 101(9): 3665-3675.
[9] KOUNDOURAS S, HATZIDIMITRIOU E, KARAMOLEGKOU M, DIMOPOULOU E, KALLITHRAKA S, TSIALTAS J T, KOTSERIDIS Y. Irrigation and rootstock effects on the phenolic concentration and aroma potential ofL. cv. Cabernet Sauvignon grapes. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(17): 7805-7813.
[10] SONG J, SHELLIE K C, WANG H, QIAN M C. Influence of deficit irrigation and Kaolin particle film on grape composition and volatile compounds in Merlot grape (L.). Food Chemistry, 2012, 134(2): 841-850.
[11] SAVOI S, WONG D C, ARAPITSAS P, MICULAN M, BUCCHETTI B, PETERLUNGER E, FAIT A, MATTIVI F, CASTELLARIN S D. Transcriptome and metabolite profiling reveals that prolonged drought modulates the phenylpropanoid and terpenoid pathway in white grapes (L.). BMC Plant Biology, 2016, 16(1): 67.
[12] MIRÁS-AVALOS J M, BOUZAS-CID Y, TRIGO-CÓRDOBA E, ORRIOLS I, FALQUÉ E. Effects of two different irrigation systems on the amino acid concentrations, volatile composition and sensory profiles of godello musts and wines. Foods, 2019, 8(4): E135. doi:10.3390/foods8040135.
[13] WANG J, ABBEY T, KOZAK B, MADILAO L L, TINDJAU R, DEL NIN J, CASTELLARIN S D. Evolution over the growing season of volatile organic compounds in Viognier (L.) grapes under three irrigation regimes. Food Research International, 2019, 125: 108512. doi: 10.1016/j.foodres.2019.108512.
[14] 房玉林, 孙伟, 万力, 惠竹梅, 刘旭, 张振文. 调亏灌溉对酿酒葡萄生长及果实品质的影响. 中国农业科学, 2013, 46(13): 2730-2738.
FANG Y L, SUN W, WAN L, XI Z M, LIU X, ZHANG Z W. Effects of regulated deficit irrigation (RDI) on wine grape growth and fruit quality. Acta Horticulturae Sinica, 2013, 46(13): 2730-2738. (in Chinese)
[15] 庞国成, 刘凤之, 王海波, 史祥宾, 王宝亮. 不同灌水条件对设施葡萄果实品质的影响. 中国果树, 2019(3): 57-61.
PANG G C, LIU F Z, WANG H B, SHI X B, WANG B L. Effects of different irrigation conditions on fruit quality of cultivated grapes. China Fruits, 2019(3): 57-61. (in Chinese)
[16] CHEN K Q, SUN J H, LI Z H, ZHANG J X, LI Z Y, CHEN L, LI W P, FANG Y L, ZHANG K K Postharvest dehydration temperature modulates the transcriptomic programme and flavonoid profile of grape berries. Foods, 2021, 10(3): 687. doi: 10.3390/foods10030687.
[17] LI W P, YAO H, CHEN K Q, JU Y L, MIN Z, SUN X Y, CHENG Z L, LIAO Z S, ZHANG K K, FANG Y L. Effect of foliar application of fulvic acid antitranspirant on sugar accumulation, phenolic profiles and aroma qualities of Cabernet Sauvignon and Riesling grapes and wines. Food Chemistry, 2021, 351: 129308.
[18] ZHANG E P, CHAI F M, ZHANG H H, LI S H, LIANG Z C, FAN P G. Effects of sunlight exclusion on the profiles of monoterpene biosynthesis and accumulation in grape exocarp and mesocarp. Food Chemistry, 2017, 237: 379-389.
[19] 陈祖民, 校诺娅, 张艳霞, 史晓敏, 郭帅奇, 高虎, 王振平. 水分胁迫对"玫瑰香"葡萄果实挥发性化合物及相关基因表达的影响. 园艺学报, 2021, 48(5): 883-896.
CHEN Z M, XIAO N Y, ZHANG Y X, SHI X M, GUO Q S, GAO H, WANG Z P. Effects of water stress on the volatile compounds and related biosynthetic genes expression in‘Muscat Hamburg’ grape berries. Acta Horticulturae Sinica, 2021, 48(5): 883-896. (in Chinese)
[20] 赵阳, 刘怀锋, 牛媛, 马富裕. 设施条件下灌水方案对弗雷无核葡萄产量及品质的影响. 江苏农业科学, 2019, 47(13): 167-170.
ZHAO Y, LIU H F, NIU Y, MA F Y. Effects of irrigation scheme on the yield and quality of Frey seedless grapes under facility conditions. Jiangsu Agricultural Sciences, 2019, 47(13): 167-170. (in Chinese)
[21] CÁCERES-MELLA A, TALAVERANO M I, VILLALOBOS- GONZÁLEZ L, RIBALTA-PIZARRO C, PASTENES C. Controlled water deficit during ripening affects proanthocyanidin synthesis, concentration and composition in Cabernet Sauvignon grape skins. Plant Physiology and Biochemistry, 2017, 117: 34-41. doi: 10.1016/ j.plaphy.2017.05.015.
[22] WANG W, FENG J, WEI L L, KHALIL-UR-REHMAN M, NIEUWENHUIZEN N J, YANG L N, ZHENG H, TAO J M. Transcriptomics integrated with free and bound terpenoid aroma profiling during “Shine Muscat” () grape berry development reveals coordinate regulation of MEP pathway and terpene synthase gene expression, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2021, 69: 1413-1429.
[23] MARTIN D M, CHIANG A, LUND S T, BOHLMANN J. Biosynthesis of wine aroma: transcript profiles of hydroxymethylbutenyl diphosphate reductase, geranyl diphosphate synthase, and linalool/ nerolidol synthase parallel monoterpenol glycoside accumulation in Gewürztraminer grapes. Planta, 2012, 236(3): 919-929.
[24] BATTILANA J, COSTANTINI L, EMANUELLI F, SEVINI F, SEGALA C, MOSER S, VELASCO R, VERSINI G, GRANDO M S. The 1-deoxy-d-xylulose 5-phosphate synthase gene co-localizes with a major QTL affecting monoterpene content in grapevine. Theoretical and Applied Genetics, 2009, 118(4): 653-669. doi: 10.1007/s00122- 008-0927-8.
[25] BATTILANA J, EMANUELLI F, GAMBINO G, GRIBAUDO I, GASPERI F, BOSS P K, GRANDO M S. Functional effect of grapevine 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase substitution K284N on Muscat flavour formation. Journal of Experimental Botany, 2011, 62(15): 5497-5508.
[26] 王慧玲, 闫爱玲, 孙磊, 张国军, 王晓玥, 任建成, 徐海英. 鲜食葡萄果实单萜合成关键基因的eQTL分析. 中国农业科学, 2022, 55(5): 977-990.
WANG H L, YAN A L, SUN L, ZHANG G J, WANG X Y, REN J C, XU H Y. eQTL analysis of key monoterpene biosynthesis genes in table grape. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(5): 977-990. (in Chinese)
[27] WEN Y Q, ZHONG G Y, GAO Y, LAN Y B, DUAN C Q, PAN Q H. Using the combined analysis of transcripts and metabolites to propose key genes for differential terpene accumulation across two regions. BMC Plant Biology, 2015, 15: 240. doi: 10.1186/ s12870-015-0631-1.
[28] MARTIN D M, AUBOURG S, SCHOUWEY M B, DAVIET L, SCHALK M, TOUB O, LUND S T, BOHLMANN J. Functional annotation, genome organization and phylogeny of the grapevine () terpene synthase gene family based on genome assembly, FLcDNA cloning, and enzyme assays. BMC Plant Biology, 2010, 10(1): 226.
[29] SMIT S J, VIVIER M A, YOUNG P R. Linking terpene synthases to sesquiterpene metabolism in grapevine flowers. Frontiers in Plant Science, 2019, 10: 177.
[30] TORRES N, YU R, MARTINEZ-LUSCHER J, GIRARDELLO R C, KOSTAKI E, OBERHOLSTER A, KAAN KURTURAL S. Shifts in the phenolic composition and aromatic profiles of Cabernet Sauvignon (L.) wines are driven by different irrigation amounts in a hot climate. Food Chemistry, 2022, 371: 131163. doi: 10.1016/j. foodchem.2021.131163.
Effects of Irrigation Amount on Berry Development and Aroma Components Accumulation of Shine Muscat Grape in Root-Restricted Cultivation
ZHANG KeKun2, CHEN KeQin2, LI WanPing2, QIAO HaoRong2, ZHANG JunXia2, LIU FengZhi1, FANG YuLin2, WANG HaiBo
1Research Institute of Pomology, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops (Germplasm Resources Utilization), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xingcheng 125100, Liaoning;2College of Enology, Northwest A&F University/Heyang Viti-Viniculture Station, Yangling 712100, Shaanxi
【】The effects of different irrigation amounts on grape berry quality, aroma component accumulation, and the expression level of aroma compounds biosynthetic genes were studied to determine the relationship between irrigation patterns and sensory quality of table grapes, so as to provide a reference for choosing the optimal irrigation amount in root-restricted cultivation. 【】The table grape cultivar Shine Muscat was used as the test material, the control group (CK), the mild water deficit group (DI-1), and the severe water deficit group (DI-2) were set up to systematically compare the effect of different irrigation amounts on the morphological indicators, appearance color indicators, aroma components, and expression levels of terpene biosynthetic genes of grape berries. 【】Irrigation amount could affect the morphological and texture characteristics of grape berries. Comparing with other treatments, the longitudinal diameter of grape berries at harvest time was not significantly affected by irrigation amount, while the horizontal diameter and single berry weight of grape berries in deficit irrigation group were significantly reduced. The firmness of grape pulp also decreased under the influence of deficit irrigation, especially under DI-2 group, of which the pulp firmness was significantly lower than that under other treatment groups. Meanwhile, the glucose content in the grape berries under the deficit irrigation group DI-1 and DI-2 was significantly higher than that under the control treatment, and the fructose content under the severe deficit irrigation group DI-2 was significantly higher than that under other treatments. Mild deficit irrigation of DI-1 exerted little effect on the content of total soluble solids and titratable acid in grape berries. The contents of chlorophyll and carotenoids in grape skins were decreased under the deficit irrigation treatment, and the ratio of the chlorophyll content to carotenoids content in the skins of the DI-2 group was the lowest. Additionally, the amount of irrigation also affected the accumulation of aroma components in grape berries. The terpenes compounds reached the highest content in the berries of the DI-1 group, such as limonene, phellandrene,-pinene,-terpinene, ()--ocimene, terpinolene, ()-furanoxylinalool, linalool, dihydrolinalool,-terpineol, citronellol, nerol, and geraniol, followed by the content of terpenes under the DI-2 group, and the lowest under the control group. As for esters, the total content of those compounds under the DI-1 group was the highest, followed by the control group, and the content of the DI-2 group was the lowest. For the total amount of aldehydes, the content in the DI-1 group were significantly lower than those in the control group and DI-2 group. For the total amount of higher alcohols, the content of DI-1 group was the highest, followed by DI-2 group, and the control group was the lowest. There were differences in the expression patterns of terpene biosynthesis-related genes under different irrigation conditions. The expression ofandwere up-regulated in response to water deficit.【】According to the accumulation of aroma components and the comprehensive score of sensory quality, the mild water deficit (60%-70% of the maximum water holding capacity in the field) could better promote the formation of aroma quality of Shine Muscat grape berries and improve their commercial value.
grape; irrigation amount; aroma; gene expression
2022-03-21；
2022-04-15
农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室开放课题（NYZS202003）
张克坤，Tel：15295573556；
E-mail：zhangkekun1990@nwafu.edu.cn。通信作者王海波，Tel：13591963796；
E-mail：haibo8316@163.com。通信作者房玉林，Tel：029-87092273；
E-mail：fangyulin@nwafu.edu.cn
（责任编辑 赵伶俐）
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